i2c器件接口ip核的cpld设计

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1、I2C器件接口IP核的CPLD设计

2、第1内容加载中...　摘要：根据单片机I2C串行扩展的特点，在EDA软件MaxplusII的环境下，利用AHDL语言，建立IP核。此设计利用状态机实现，在给出设计的同时详细说明IP核的建立过程，并下载到芯片通过硬件试验验证。关键词：可编程逻辑器件I2C串行扩展IP核由于CPLD数字设计结构化的趋势，将出现针对CPLD不同层次的IP(IntellectualProperty)核。各个IP核可重复利用，可大大提高设计能力和效率。国外各大公司都推出了专门的IP核，我国也迫切需要发展自己的IP核。本

3、文针对I2C的主方式串行扩展通信的特点，详细给出设计过程和结果。1IP核简介IP核是指：将一些在数字电路中常用但比较复杂的功能块，如FIR滤波器、SDRAM控制器、PCI接口等等设计成可修改参数的模块，让其它用户可以直接调用这些模块，以避免重复劳动。随着CPLD/FPGA的规模越来越大，设计越来越复杂，使用IP核是一个发展趋势。许多公司推荐使用现成的或经过测试的宏功能模块、IP核，用来增强已有的HDL的设计方法。当在进行复杂系统设计的时侯，这些宏功能模块、IP核无疑将大大地减少设计风险及缩短开发周期。使用这些宏功能模块、IP核

4、，就会将更多的时间和精力放在改善及提高系统级的产品方面，而不需要重新开发现成的宏功能模块、IP核。我国IP核库的建设已相当迫切，它是集成电路产业发展的一个重要目标。图1I2C传输原理图2I2C串行通信特点简介Philips公司推出的I2C软、硬件协议十分巧妙，在单主方式的I2C总线系统中，总线上只有一个单片机，其余都是带I2C总线的外围器件。由于总线上只有一个单片机成为主节点，单片系统永远占据了总线，不会出现竞争，主节点不必有自己的节点地址。只要每个外围器件有自己的器件地址，两根I/O口线SCL(时钟线)和SDA(数据线)就可

5、以虚拟I2C总线接口。I2C总线上的数据传送如图1所示。总线上传送的每一帧数据均为1个字节。启动总线后，要求每传送1个字节后，对方回应一个应答位。在发送时，首先发送最高位。每次传送开始有起始信号，结束时有停止信号。在总线传送完1个字节后，可以通过对时钟线的控制，使传送暂停，这时可在应答信号后使SCL变低电平，控制总线暂停。当主节点要求总线暂停时亦可采用同样的方法。图1是CPLD向外围I2C器件发送01010011和01001001这两个数据的情况。3在MaxplusII环境下I2C串行扩展IP核的建立MaxplusII是美国A

6、ltera公司用于CPLD的EDA软件，内部有许多常用的宏单元，如计数器、四则运算、各类逻辑门乃至ROM、RAM等。这些宏单元内具体的参数都可以由用户来自行设定，这就是上面提到的IP核形式。它避免了重复劳动，提高了效率。以下将要设计的是下位机的IP核。MaxplusII的AHDL（AlteraHardbol。通过输入数据来达到控制SDA和SCL的目的，将信号按要求的时序传送给I2C器件。设计思路是利用状态机实现时序。主要包括输入数据锁存、起始、数据传输、停止等状态机。通过状态机，在每一状态下确定下一状态SDA和SCL是高电平或

7、者低电平，通过这种方式实现了I2C所需要的每一种时序。由于使用的是AHDL，这种状态机实现起来非常方便，程序简洁明了。由于篇幅限制，仅介绍数据传输的状态机。状态图如图3所示。以下程序中，Cmd_reg2为发送允许暂存位；Sh_reg[]为数据锁存，通过左移，最高位数据Sh_reg7为当前将发送数据，存入SDA_tmp。通过图3对照程序，可以看到发送一个利用状态机数据位的详细过程。程序清单如下：IFCmd_reg2THEN--若"发送允许"，则将Sh_reg7作为当前发送位SDA_tmp=Sh_reg7;ELSESDA_tmp=

8、VCC;ENDIF;St.clk=SysClk;St.ena=BaudGen;CASEStIS--控制传输8位数据的状态机d_reg2ORCmd_reg3THENSDA=SDA_tmp;--开始传送数据SCL=GND;St=t1;ELSESt=t0;ENDIF;p;St=t1a;p;St=t2;p;IFBit[]==7THEN--若8位传完，则发应答位；否则继续St=t3;ELSESt=t0;ENDIF;WHENt3=>--发应答位SDA=GND;St=t4;WHENt4=>SDA=GND;SCL=VCC;St=t4a;WHE

9、Nt4a=>SDA=GND;SCL=VCC;St=t5;WHENt5=>SCL=GND;St=t6;WHENt6=>SDA=GND;FINISHED=VCC;St=t0;ENDCASE;Bit[]=Bit[]+1;――--传输完一位，已传输位数加一